(57)【要約】  【課題】  シールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の摺動回転抵抗を低減できるシール構造及びバルブボディに繋がる操舵輪が操舵されるときに必要な操舵力を小さくでき、良好な操舵フィーリングを得ることができるパワーステアリング装置を提供する。  【解決手段】  操舵輪の操舵により相対角変位を可能に嵌合された筒形のバルブボディ５及びバルブスプールと、圧液室７１にバルブボディ５が回転を可能に内嵌されたバルブハウジング７と、該バルブボディ５に設けられた環状溝４に嵌合され且つ圧液室７１の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリング８とを備えており、該シールリング８の一側面８ａに、環状溝４内の圧液がシールリング８を軸長方向他方へ押圧する受圧凹部８１を設けた。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧液室を有する第１部材及び前記圧液室に相対回転を可能に嵌合された第２部材の一方に設けられた環状溝と、該環状溝に嵌合され且つ前記圧液室の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリングとを備えるシール構造において、前記環状溝の側面及び前記シールリングの側面の少なくとも一方は、前記圧液が前記シールリングを軸長方向他方へ押圧する受圧凹部を有することを特徴とするシール構造。
【請求項２】
前記環状溝は前記第２部材の外周面に設けてあり、前記受圧凹部は前記シールリングの一側面で且つ径方向の中途に設けてある請求項１記載のシール構造。
【請求項３】
操舵手段の操舵により相対角変位を可能に嵌合された筒形のバルブボディ及びバルブスプールと、圧液室を有し該圧液室に前記バルブボディが回転を可能に内嵌されたバルブハウジングと、該バルブハウジング及び前記バルブボディの一方に設けられた環状溝に嵌合され且つ前記圧液室の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリングとを備え、前記相対角変位に基づいて昇圧する圧液により操舵補助するパワーステアリング装置において、前記環状溝の側面及び前記シールリングの側面の少なくとも一方は、前記圧液が前記シールリングを軸長方向他方へ押圧する受圧凹部を径方向の一部に有することを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項４】
前記環状溝は前記バルブボディの外周面に設けてあり、前記受圧凹部は前記シールリングの一側面で且つ径方向の中途に設けてある請求項３記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第１部材及び第２部材間の圧液洩れを防ぐシール構造及びバルブボディとバルブスプールとの相対角変位を利用して液圧の制御動作をなす回転式の液圧制御弁を備えるパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧制御弁を備えるパワーステアリング装置は、操舵輪に繋がって回転することが可能な入力軸と、該入力軸にトーションバーにより同軸的に連結された出力軸と、車両の舵取機構中に配置された操舵補助用の液圧シリンダ及び液圧ポンプに連なり、操舵輪の操舵に応じて圧液の給排動作をなす液圧制御弁とを備えており、前記出力軸がラックアンドピニオン式の舵取装置に繋がるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、特許文献１の液圧制御弁は、前記出力軸に連結された筒形のバルブボディと、該バルブボディに相対角変位を可能に嵌合され前記入力軸に連結されたバルブスプールと、前記バルブボディが収容される圧液室を有し且つ給排用のポートを有する筒状のバルブハウジングと、前記バルブボディの外周面に設けられた複数の環状溝に嵌合され且つ前記圧液室の圧液によりその径方向外方及び軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐ複数のシールリングとを備えている。
【０００４】
シールリングは前記バルブハウジングのポートを介して給排される圧液がバルブハウジングの内周面及びバルブボディの外周面間の隙間から洩れるのを防ぐものであり、前記環状溝の両側面と平行に対向し、受圧面積が等しい二つの側面を有する断面長方形をなし、可撓性を有する材料により形成されている。そして、圧液室の圧液が前記隙間から前記環状溝に浸入することにより、シールリングが軸長方向一方と、径方向外方とに押圧され、シールリングの一側面が環状溝の一側面に全面接触し、シールリングの外周面がバルブハウジングの内周面に全面接触する。
【０００５】
以上のようにシールリングを備えるパワーステアリング装置にあっては、車両の旋回時等、液圧シリンダによる操舵補助力が大きくなるとき、前記バルブボディ及びバルブスプール間の絞り量が増加し、前記圧液室の液圧及び前記環状溝内の液圧が上昇することになり、シールリングを押圧する力が比較的大きくなる。  また、シール構造は前記環状溝及び前記シールリングを備える。
【特許文献１】特開２００３−３１２５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１等の従来のパワーステアリング装置及びシール構造のシールリングは、環状溝内の圧液により軸長方向一方及び径方向外方に押圧されるように構成されており、車両の旋回時等、圧液室の液圧及び環状溝内の液圧が上昇したとき、シールリングが静止部材としてのバルブハウジングの内周面に固着された状態となり、この固着された状態でシールリングの一側面及び環状溝の側面間に滑りが発生し、バルブボディがシールリング及びバルブハウジングに対して摺動回転するため、バルブボディの摺動回転抵抗が比較的大きく、バルブボディに繋がる操舵手段が操舵されるときに必要な操舵力が大きくなっており、操舵フィーリングの改善策が要望されていた。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はシールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の摺動回転抵抗を低減できるシール構造及び第２部材としてのバルブボディに繋がる操舵手段が操舵されるときに必要な操舵力を小さくでき、良好な操舵フィーリングを得ることができるパワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係るシール構造は、圧液室を有する第１部材及び前記圧液室に相対回転を可能に嵌合された第２部材の一方に設けられた環状溝と、該環状溝に嵌合され且つ前記圧液室の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリングとを備えるシール構造において、前記環状溝の側面及び前記シールリングの側面の少なくとも一方は、前記圧液が前記シールリングを軸長方向他方へ押圧する受圧凹部を有することを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係るシール構造は、前記環状溝は前記第２部材の外周面に設けてあり、前記受圧凹部は前記シールリングの一側面で且つ径方向の中途に設けてあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係るパワーステアリング装置は、操舵手段の操舵により相対角変位を可能に嵌合された筒形のバルブボディ及びバルブスプールと、圧液室を有し該圧液室に前記バルブボディが回転を可能に内嵌されたバルブハウジングと、該バルブハウジング及び前記バルブボディの一方に設けられた環状溝に嵌合され且つ前記圧液室の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリングとを備え、前記相対角変位に基づいて昇圧する圧液により操舵補助するパワーステアリング装置において、前記環状溝の側面及び前記シールリングの側面の少なくとも一方は、前記圧液が前記シールリングを軸長方向他方へ押圧する受圧凹部を径方向の一部に有することを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係るパワーステアリング装置は、前記環状溝は前記バルブボディの外周面に設けてあり、前記受圧凹部は前記シールリングの一側面で且つ径方向の中途に設けてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明にあっては、環状溝内の圧液によりシールリングが径方向及び軸長方向一方へ押圧され、シールリングの周面が第１部材の周面に押圧され、さらに、シールリングの一側面が環状溝の一側面に押圧されることになる。しかし、シールリングの一側面及び環状溝の側面の一方には受圧凹部が設けられており、該受圧凹部に加わる圧液によりシールリングを軸長方向他方へ押圧することができるため、シールリングが軸長方向一方へ押圧される押圧力と、シールリングが軸長方向他方へ押圧される押圧力との差を少なくすることができ、シールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の摺動回転抵抗を低減できる。しかも、シールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の接触面積を受圧凹部により少なくすることができ、前記摺動回転抵抗をより一層低減できる。また、前記摺動回転抵抗を低減できることにより、環状溝内の圧液をシールリングの一側面及び環状溝の側面の間に浸入させて湿潤させることができるため、前記摺動回転抵抗をより一層低減できる。従って、第２部材の回転性を高めることができ、第２部材を回転させるために必要な力を小さくすることができる。
【００１３】
第２発明及び第４発明にあっては、シールリングの一側面で且つ径方向の中途に受圧凹部が設けてあり、受圧凹部の径方向両側の面を環状溝の一側面に接触させることができるため、シールリングの成形により受圧凹部を設けることができ、受圧凹部を有するわりに安価にでき、しかも、シールリングの環状溝内での安定性を高めることができる。
【００１４】
第３発明にあっては、環状溝内の圧液によりシールリングが径方向及び軸長方向一方へ押圧され、シールリングの周面がバルブハウジングの周面に押圧され、さらに、シールリングの一側面が環状溝の一側面に押圧されることになる。しかし、シールリングの一側面及び環状溝の側面の一方には受圧凹部が設けられており、該受圧凹部に加わる圧液によりシールリングを軸長方向他方へ押圧することができるため、シールリングが軸長方向一方へ押圧される押圧力と、シールリングが軸長方向他方へ押圧される押圧力との差を少なくすることができ、シールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の摺動回転抵抗を低減できる。しかも、シールリングの一側面が環状溝の側面に接触する箇所の接触面積を受圧凹部により少なくすることができ、前記摺動抵抗をより一層低減できる。また、前記摺動回転抵抗を低減できることにより、環状溝内の圧液をシールリングの一側面及び環状溝の側面の間に浸入させて湿潤させることができるため、前記摺動回転抵抗をより一層低減できる。従って、バルブボディに繋がる操舵手段が操舵されるときに必要な操舵力を小さくでき、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置の一部の構成を示す断面図、図２は要部の模式的縦断平面図、図３は要部の拡大断面図、図４はシールリングが押圧されている状態の断面図、図５はパワーステアリング装置の全体の模式図である。
【００１６】
シール構造を備えるパワーステアリング装置は、操舵手段としての操舵輪Ａに繋がって回転することが可能な入力軸１と、該入力軸１にトーションバー２により同軸的に連結された出力軸３と、入力軸１に連結され、外周面に四つの環状溝４を有する筒形のバルブボディ５と、該バルブボディ５に相対角変位が可能に嵌合され、入力軸１に連結されたバルブスプール６と、バルブボディ５が回転を可能に内嵌される圧液室７１を有するバルブハウジング７と、夫々の環状溝４に嵌合され且つ圧液室７１に供給される圧液によりその径方向及びその軸長方向へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐ四つのシールリング８とを備えている。尚、バルブハウジング７が第１部材を構成しており、また、バルブボディ５が第２部材を構成している。
【００１７】
入力軸１はトーションバー２を連結する側に筒部１ａを有しており、該筒部１ａの先端に円筒形をなすバルブスプール６が一体的に設けられている。このバルブスプール６及び筒部１ａ内にはトーションバー２が挿入され、該トーションバー２の一端が筒部１ａの基端にダウエルピン９により連結されている。また、筒部１ａの先端はニードル軸受１０により出力軸３の一端部に回転自在に支持されている。
【００１８】
出力軸３は一端部に嵌合孔３ａを有し、他端部に後記するラック軸のラック歯に噛合するピニオン１１を有しており、嵌合孔３ａにトーションバー２の他端及びニードル軸受１０が夫々内嵌されている。トーションバー２はスプライン嵌合により連結されている。
【００１９】
バルブボディ５は、出力軸３の一端に連結ピン１２により一体的に連結された円筒形をなしており、トーションバー２の捩れの範囲内でバルブスプール６と相対角変位が可能になっている。この相対角変位の量は最大で約５°であり、最大相対角変位量以上、換言すればトーションバー２の捩れの範囲以上ではバルブボディ５及びバルブスプール６が一体に回転する。
【００２０】
バルブボディ５の内側には、夫々等しい幅を有する複数個の第１の液溝５ａが周方向に等配をなして並設されており、バルブスプール６の外周部には、同様に、夫々等しい幅を有する複数個の第２の液溝６ａが周方向に等配をなして並設されている。
【００２１】
第１及び第２の液溝５ａ，６ａは、トーションバー２に捩れが生じていない中立状態において、周方向に千鳥配置され、第１の液溝５ａの夫々は第２の液溝６ａ間のランドに対向し、第２の液溝６ａの夫々は第１の液溝５ａ間のランドに対向して、バルブボディ５とバルブスプール６との嵌合周上には、第１の液溝５ａの内側の液室と、第２の液溝６ａの外側の液室とが交互に並んだ状態となり、各液室間の連通部、即ち、第１及び第２の液溝５ａ，６ａの幅方向両側の溝縁間は、前記相対角変位に応じて夫々の連通面積（絞り面積）を増減する絞り部５ｂ，６ｂとして作用する。
【００２２】
また、バルブボディ５には液圧源たる液圧ポンプＰの吐出側に連通する給液孔５ｃと、液圧シリンダＳの一方のシリンダ室に連通する第１の送液孔５ｄと、液圧シリンダＳの他方のシリンダ室に連通する第２の送液孔５ｅと、四つの環状溝４とを有する。給液孔５ｃと第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅとは図１示すように軸長方向に離隔しており、第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅの間に給液孔５ｃが配置されている。また、給液孔５ｃと第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅとの間の外周面に二つの環状溝４が設けられており、第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅの給液孔５ｃと反対側外周面に夫々一つの環状溝４が設けられている。環状溝４は離隔して平行に対向する二つの側面４ａ，４ｂ及び該側面４ａ，４ｂに連なる周面４ｃを有する。バルブスプール６は排液先となる液タンクＴに連通する排液孔６ｃを有する。
【００２３】
バルブハウジング７は給液孔５ｃと、第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅと、排液孔６ｃとに対応する位置で圧液室７１に開口するポート７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが夫々設けられており、夫々のポート７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと液圧ポンプＰ、液圧シリンダＳ、液圧タンクＴとが液管１３〜１６により接続されている。
【００２４】
シールリング８は、給液孔５ｃに給液される圧液、第１及び第２の送液孔５ｄ，５ｅから送液される圧液が、バルブハウジング７の内周面及びバルブボディ５の外周面間の隙間Ｋから洩れるのを防ぐものであり、環状溝４の二つの側面４ａ，４ｂと平行に対向し、受圧面積が等しい二つの側面８ａ，８ｂと、環状溝４の周面４ｃより大径の内周面及びバルブハウジング７の内周面に対応する外周面とを有する断面長方形をなし、可撓性を有する材料により成形されている。
【００２５】
シールリング８の一側面８ａで且つ径方向の中央部には、環状溝４内の圧液がシールリング８を軸長方向他方へ押圧する環状の受圧凹部８１が設けられている。この受圧凹部８１はシールリング８の径方向厚さの約２／３の幅で且つ全幅に亘って等しい深さとなる環状溝からなり、この受圧凹部８１に、シールリング８を軸長方向他方へ押圧する圧力が加わるようにしてある。また、一側面８ａで且つ受圧凹部８１より内周側の面粗さは、環状溝４内の圧液が受圧凹部８１へ浸入することができる面粗さになっている。
【００２６】
以上のように構成されたパワーステアリング装置は、操舵手段としての操舵輪Ａが操舵中立位置から操作されることにより、入力軸１を介してトーションバー２に捩れが発生するとともに、バルブボディ５及びバルブスプール６に相対角変位が発生し、液圧ポンプＰから液管１３、ポート７ａ及び給液孔５ｃを経て第１の液溝５ａに供給された圧液が絞り部５ｂ又は６ｂにより流量制御され、一方の送液孔５ｄ又は５ｅから液圧シリンダＳの一方のシリンダ室に圧液が供給され、液圧シリンダＳのピストンの一端に連結されたラック軸Ｒが軸長方向へ移動し、該ラック軸Ｒ及びピストンの他端に連結された一対の車輪が転向され、操舵補助が行われる。この操舵補助時、ラック軸Ｒのラック歯に噛合するピニオン１１を有する出力軸３は、ラック軸Ｒの軸長方向への移動に連動して回転し、この出力軸３に連結されているバルブボディ５はバルブハウジング７に対して回転する。また、第１の液溝５ａに供給された圧液は、バルブハウジング７の内周面及びバルブボディ５の外周面間の隙間Ｋから環状溝４へ流入し、該環状溝４内の圧液によりシールリング８が押圧される。
【００２７】
操舵補助が行われるとき、第１の液溝５ａ内及び環状溝４内の圧液の圧力は上昇して比較的高圧となり、シールリング８は、図４に示すように前記隙間Ｋから環状溝４へ流入した圧液の圧力が他側面８ｂに軸長方向へ加わるとともに、圧液の圧力がシールリング８の内周面に径方向外方へ加わり、さらに圧液の圧力が受圧凹部８１に加わる。従って、シールリング８は内周面に加わる圧液の圧力によりバルブハウジング７の内周面に比較的強く押圧され、シールリング８はバルブハウジング７に固着された状態になる。また、シールリング８の他側面８ｂに加わる圧液によりシールリング８を軸長方向一方へ押圧する押圧力Ｐ１と、シールリング８の受圧凹部８１に加わる圧液によりシールリング８を軸長方向他方へ押圧する押圧力Ｐ２との差を比較的少なくすることができる。このため、シールリング８の一側面８ａが環状溝４の側面４ａに接触する箇所の摺動回転抵抗を比較的小さくすることができる。
【００２８】
図６は前記摺動回転抵抗（トルク）と環状溝４内の圧液力との関係を示すグラフである。図中の破線は受圧凹部８１を有しない場合の特性を示しており、同じく実線は受圧凹部８１を有する場合の特性を示しており、受圧凹部８１を有する場合、受圧凹部８１を有しない場合に比べて摺動回転抵抗（トルク）を約１／２にできる。従って、バルブボディ５に繋がる操舵手段（操舵輪Ａ）が操舵されるときに必要な操舵力を小さくでき、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００２９】
図７は操舵手段に加わる操舵トルクと液圧シリンダが発生する圧液力との関係を示すグラフである。図中の破線は操舵補助が行われない場合の特性を示しており、同じく一点鎖線は受圧凹部８１がなく、液圧シリンダＳが発生する操舵補助力により操舵補助が行われた場合の特性を示しており、同じく実線は受圧凹部８１を有し、液圧シリンダが発生する操舵補助力により操舵補助が行われた場合の特性を示しており、受圧凹部８１を有する場合、実線の受圧凹部８１を有しない場合に比べて操舵トルクを低減できる。従って、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００３０】
尚、以上説明した実施の形態では、バルブスプール６が入力軸１に連結され、バルブボディ５が出力軸３に連結されている構成としたが、その他、バルブスプール６が出力軸３に連結され、バルブボディ５が入力軸１に連結されている構成としてもよい。
【００３１】
また、以上説明した実施の形態では、バルブボディ５の外周面に環状溝４を設けたが、その他、この環状溝４はバルブハウジング７の圧液室７１の内周面に設けてもよい。
【００３２】
また、シールリング８の受圧凹部８１は環状としたが、その他、この受圧凹部８１はほぼ全周に亘って円弧形をなす構成としてもよいし、また、複数の周方向位置に有する構成としてもよい。この後者の場合、複数の受圧凹部８１は円弧形、丸形、角形等であればよく、受圧凹部８１の構成は特に制限されない。また、複数の受圧凹部８１は連通路により互いに連通する構成としてもよい。
【００３３】
また、シールリング８は、一側面８ａで且つ受圧凹部８１より内周側の面粗さを環状溝４内の圧液が受圧凹部８１へ浸入することができる面粗さにしたが、その他、シールリング８の内周面及び受圧凹部８１に連通する圧液導入路を有する構成としてもよい。
【００３４】
また、本発明に係るシール構造はパワーステアリング装置に用いたが、その他、環状溝４と、該環状溝４に嵌合され且つ圧液室７１の圧液によりその径方向及びその軸長方向一方へ押圧されて前記圧液の洩れを防ぐシールリング８とを備える装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置の一部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置の要部の模式的縦断平面図である。
【図３】本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置のシールリングが押圧されている状態の断面図である。
【図５】本発明に係るシール構造を備えるパワーステアリング装置の全体の模式図である。
【図６】摺動回転抵抗（トルク）と環状溝内の圧液力との関係を示すグラフである。
【図７】操舵手段に加わる操舵トルクと液圧シリンダが発生する圧液力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
４    環状溝
４ａ  側面
５    バルブボディ（第２部材）
６    バルブスプール
７    バルブハウジング（第１部材）
７１  圧液室
８    シールリング
８ａ  一側面
８１  受圧凹部
Ａ    操舵輪（操舵手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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